파이로프로세싱
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1. 개요
파이로프로세싱은 사용후 핵연료를 재처리하는 건식 재처리 기술로, 고온에서 금속 연료를 녹여 전해 정련을 통해 우라늄과 플루토늄을 분리한다. 이 기술은 기존의 습식 재처리 방식보다 안전하고 시설 규모가 작다는 장점이 있다. 미국 아르곤 국립 연구소가 개발을 주도했으며, 핵무기 전용 위험을 줄이기 위해 분리된 플루토늄을 다른 물질과 결합하는 방식을 사용한다. 대한민국은 한미 원자력 협정으로 인해 농축 및 PUREX 관련 재처리가 허용되지 않아, 파이로프로세싱 기술 개발에 힘쓰고 있으며, 미국, 일본과의 협력을 통해 기술의 경제성을 높이려는 노력을 하고 있다. 또한 용융염 원자로 연료 사이클과의 연계 가능성이 논의되고 있다.
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2. 파이로프로세싱 기술
파이로프로세싱은 사용후 핵연료를 고온에서 처리하여 우라늄, 플루토늄 등을 분리하는 기술이다. PUREX와 같은 습식 재처리 방법보다 임계질량이 높아 안전하고, 시설 규모가 작다는 장점이 있다. 대한민국에서는 한국 원자력연구원이 파이로프로세싱 기술을 개발하고 있다.[10]
아르곤 국립 연구소는 EBR-II와 결합하여 파이로프로세싱을 시연하고 일체형 고속 원자로에서 상용화를 제안했으나, 1994년 클린턴 행정부에 의해 취소되었다.[1] 2016년 아르곤 국립 연구소는 경수로와 고속로 모두에 적용할 수 있는 여러 파이로프로세싱 기술을 개발하고 개선하여 상업적 생존 가능성을 높이고 있다.[2]
핵연료봉 파이로프로세싱은 분리된 플루토늄을 넵투늄, 아메리슘, 큐륨과 같은 다른 물질과 결합하여 핵무기 전용 위험을 줄인다. 이론적으로 혼합된 파이로프로세싱된 플루토늄은 핵에너지 생산에 재사용될 수 있다.[5]
대한민국은 원자력 협력 협정 123조 때문에[6] 농축 및 PUREX 관련 재처리가 허용되지 않아, "확산 저항성" 파이로프로세싱을 사용후 핵연료 문제의 해결책으로 보고 미국 및 일본과 협력하여 연구를 진행하고 있다.[7] 2019년 용융염 원자로(MSR) 연료 사이클 지지자들은 상업화되지 않은 MSR을 파이로프로세싱 연료 사이클과 결합하는 것을 자주 주장하는데, 이는 MSR 연료가 이미 용융염 형태이므로 필요한 단계를 제거할 수 있기 때문이다.[9]
2. 1. 작동 원리
사용후 핵연료는 파이로프로세싱을 통해 재처리할 수 있으며, 이러한 방법을 '''건식 재처리 방법'''이라고 부른다. 파이로프로세싱은 용융염이나 용융된 금속을 용매로 사용한다.[10]파이로프로세싱의 작동 원리는 다음과 같다.
1. 금속연료를 고온으로 녹인다.
2. 알루미늄이나 마그네슘 정제와 유사한 전해정제(電解精製)를 이용하여 우라늄과 플루토늄을 분리한다.
이러한 방식은 PUREX와 같은 습식 재처리 방법보다 임계질량이 높아 더 안전하며, PUREX와 같은 습식 재처리 시설보다 규모가 작다는 장점이 있다.[10]
2. 2. 특징
파이로프로세싱은 사용후 핵연료를 재처리하는 건식 재처리 방법으로, 용융염이나 용융된 금속을 용매로 사용한다. 파이로프로세싱은 다음과 같은 과정을 거친다.[10]# 금속연료를 고온으로 녹인다.
# 알루미늄이나 마그네슘 정제와 유사한 전해 정련을 이용하여 우라늄과 플루토늄을 분리해낸다.
PUREX와 같은 습식 재처리 방법보다 임계질량이 높아 안전하며, 시설 규모도 작다는 장점이 있다. 아르곤 국립 연구소는 원자로 폐기물을 연료로 재활용하는 고온 방식인 파이로프로세싱 개발을 주도했다.[1]
핵연료 재처리 대신 핵연료봉의 파이로프로세싱은 분리된 플루토늄을 넵투늄, 아메리슘, 큐륨과 같은 다른 물질과 결합하여 핵무기 전용 위험을 줄인다. 이론적으로 혼합된 파이로프로세싱된 플루토늄은 핵에너지 생산에 재사용될 수 있다.[5]
대한민국은 원자력 협력 협정 123조 때문에[6] 농축 및 PUREX 관련 재처리가 허용되지 않아, "확산 저항성" 파이로프로세싱 사이클을 사용후 핵연료 문제의 해결책으로 보고 미국 및 일본과 협력하여 연구를 진행하고 있다.[7]
3. 한국의 파이로프로세싱 연구 개발
한국원자력연구원은 사용후 핵연료를 습식 재처리 방법보다 안전하고 시설 규모도 작은 파이로프로세싱(건식 재처리 방법) 기술을 개발하고 있다. 한국은 핵연료 재활용 입장을 고수하지만, 미국은 파이로프로세싱도 플루토늄을 추출할 수 있기에 재처리로 간주한다.[10]
3. 1. 한미 원자력 협력 협정 123조와 관련된 논란
대한민국은 한미 원자력 협력 협정 123조에 따라 핵연료 농축 및 PUREX 재처리가 제한되어 있다.[6] 대한민국은 사용후 핵연료 문제의 해결책으로 파이로프로세싱에 주목하고 있으며, 미국, 일본과 협력하여 "확산 저항성" 파이로프로세싱 기술 개발을 추진하고 있다.[7][8]3. 1. 1. 미국의 입장
사용후 핵연료를 파이로프로세싱(건식 재처리 방법)을 통하여 재처리할 수 있다. 현재 한국원자력연구원에서 파이로프로세싱을 개발하고 있다. 그러나 미국은 파이로프로세싱도 플루토늄을 추출할 수 있기에 재처리로 보고 우려를 표명하고 있다.[10]4. 파이로프로세싱과 용융염 원자로(MSR)
용융염 원자로(MSR) 연료는 이미 용융염 형태이므로, 2019년 MSR 연료 사이클 지지자들은 상업화되지 않은 MSR을 파이로프로세싱 연료 사이클과 결합하면 효율성을 높일 수 있다고 주장한다. 이는 상업적으로 제안된 IFR과 파이로프로세싱이 EBR-II에서 적용되었을 때 물리적으로 필요했던 금속 연료로의 변환 단계를 제거할 수 있기 때문이다.[9]
참조
[1]
웹사이트
Pyroprocess Development
http://www.ne.anl.go[...]
Argonne National Laboratory
2016-06-06
[2]
웹사이트
Pyroprocessing Technologies: Recycling used nuclear fuel for a sustainable energy future
https://web.archive.[...]
Argonne National Laboratory
2012
[3]
문서
Argonne’s Nuclear Science and Technology Legacy,Multimedia Resources, pg 2 ''The New Explorers: Atoms for Peace (History of the Integral Fast Reactor) – 4 parts''
https://www.ne.anl.g[...]
[4]
웹사이트
Historical video about the Integral Fast Reactor (IFR) concept. Uploaded by – Nuclear Engineering at Argonne
https://www.youtube.[...]
[5]
웹사이트
Pyroprocessing: A Hot-Button Issue
https://www.nrdc.org[...]
2022-10-28
[6]
웹사이트
South Korea wins revisions to nuclear treaty with USA - World Nuclear News
https://www.world-nu[...]
[7]
웹사이트
Potential for Korea, Japan, U.S. To Collaborate on Pyroprocessing Under Trump - Atomic Insights
https://atomicinsigh[...]
2017-02-18
[8]
웹사이트
Reprocessing Revisited:The International Dimensions of the Global Nuclear Energy Partnership | Arms Control Association
https://www.armscont[...]
[9]
논문
Molten salt reactor waste and effluent management strategies: A review
2019-04
[10]
뉴스
한미, 파이로 프로세싱 타당성 검토 착수키로
https://news.naver.c[...]
연합뉴스
2010-04-29
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